วันอังคารที่ 24 กรกฎาคม พ.ศ. 2555
เทคนิค PCR
เทคนิค PCR ในการเพิ่มจำนวน DNA และวินิจฉัยโรคบางชนิด
ดีเอ็นเอคลังข้อมูลพันธุกรรม ดีเอ็นเอ หรือ Deoxyribonucleic (DNA) เป็นสารพันธุกรรมทำหน้าที่ควบคุมและถ่ายทอดลักษณะต่างๆ ของสิ่งมีชีวิต โดยดีเอ็นเอจะประกอบด้วยหน่วยย่อยพื้นฐานที่เรียกว่า “นิวคลีโอไทด์” อันเป็นชุดของโมเลกุลฟอสเฟต น้ำตาลเพนโตส และสารเคมีที่มีสมบัติเป็นด่างหรือ “เบส” 1 ตัว ซึ่งเบสจะมีอยู่ 4 ชนิดคือ adenine (A) , guanine (G) , cytosine (C) , thymine (T)
ลักษณะโครงสร้างของดีเอ็นเอประกอบขึ้นจากสายชุดนิวคลีโอไทด์ 2 สายที่มาพันเข้าด้วยกันเป็นลักษณะเกลียวคู่หรือบันไดเวียน โดยมีเบสที่เรียงรายอยู่ตามสายแต่ละสาย แต่ละสายทำหน้าที่ยึดจับระหว่างสายทั้งสอง และปรากฏว่าสายส่วนที่มีเบส A จะจับคู่สร้างพันธะกับเบส T และส่วนที่มีเบส G จะจับคู่เบส C ซึ่งการจับคู่กันนี้เรียกว่าเป็นเบสคู่สม (ดังแสดงในภาพที่ 1) และแต่ละส่วนบนสายดีเอ็นเอนี้เองที่เป็นที่อยู่ของ “ยีน” (gene) ซึ่งเป็นส่วนที่บรรจุข้อมูลสำหรับการสร้างโปรตีนชนิดใดชนิดหนึ่ง โดยยีนที่ต่างกันก็จะมีตำแหน่งที่อยู่และการเรียงลำดับของเบสบนตัวมันแตกต่างกันไป
อาร์เอ็นเอ สามารถเป็นแหล่งข้อมูลพันธุกรรมได้
ในปี พ.ศ. 2513 ได้มีผู้ค้นพบว่าเชื้อไวรัสบางชนิดมีสารพันธุกรรมเป็นอาร์เอ็นเอ RNA หรือ Ribonucleic acid) ซึ่งไวรัสสามารลอกรหัสจากอาร์เอ็นเอเป็นดีเอ็นเอเพื่อใช้ในการเพิ่มจำนวนไวรัสในเซลล์เจ้าบ้านได้ ตัวอย่างไวรัสที่มีสารพันธุกรรมเป็นอาร์เอ็นเอ ได้แก่ เชื่อไวรัสเอชไอวีซึ่งเป็นสาเหตุของโรคเอดส์
โดยปกติอาร์เอ็นเอจะถูกลอกรหัสมาจากดีเอ็นเอเพื่อใช้ในการถอดรหัสสร้างโปรตีนเป็นการถ่ายทอดรหัสทางพันธุกรรมออกมาเป็นลักษณะภายนอกของสิ่งมีชีวิต
อาร์เอ็นเอ ประกอบด้วยนิวคลีโอไทด์ที่คล้ายกับดีเอ็นเอ แต่มีความแตกต่างในส่วนของน้ำตาลเพนโตสซึ่งในดีเอ็นเอเป็นน้ำตาล deoxyribose ส่วนในอาร์เอ็นเอเป็นชนิด ribose และเบสที่พบในอาร์เอ็นเอจะประกอบด้วยเบส 4 ชนิดเช่นกัน โดยมีเบส 3 ชนิดที่เหมือนกับดีเอ็นเอ คือ A, G, C และเบสที่ต่างกับดีเอ็นเอคือ uracil (U) ซึ่ง u จะจับคู่กับเบส A (แทนเบส T ในดีเอ็นเอ)
โครโมโซม
สาร DNA ซึ่งเป็นข้อมูลพันธุกรรมของสิ่งมีชีวิต จะมีขนาดยาวแตกต่างกันมากในกรณีของเชื้อไวรัสอาจมีจีโนม (genome) หรือข้อมูลพันธุกรรมทั้งหมดเป็น DNA หรือ RNA เท่านั้น และอาจเป็นสายคู่หรือสายเดี่ยวที่เป็นเส้นยาว (linear) วงแหวน (circular) หรือเป็นชิ้นแยกกัน (segments) ซึ่งต่างจากจีโนมของแบคทีเรียและสิ่งมีชีวิตชั้นสูง ซึ่งจะเป็นโปรตีนร่วมกับกันอยู่กับสาย DNA และมีรูปร่างที่เด่นชัด ซึ่งเรียกว่าโครโมโซม (chromosome) (ภาพที่ 2) เชื้อแบคทีเรีย จะมีโครโมโซม ประกอบด้วย DNA สายเกลียวคู่ชนิดวงแหวนจับรวมอยู่กับโปรตีนหลายชนิด เป็นกลุ่มเรียกว่านิวคลีออยด์ (nucleoid) แต่จะไม่มีเยื่อหุ้มนิวเคลียสห่อหุ้ม
ในสิ่งมีชีวิตชั้นสูง สาย DNA จะอยู่ในลักษณะที่จับรวมกับฮีสโตน (histone) และโปรตีนชนิดอื่นๆ โดยมีการพันและหดตัวของสาย DNA เพื่อให้สามารถบรรจุเข้าในส่วนนิวเคลียสของเซลล์ได้ นอกจากนิวเคลียสแล้ว ในสิ่งมีชีวิตชั้นสูงยังมียีนที่อยู่ในส่วนของ organelle อื่นๆ เช่นในพืชจะมียีนอยู่ในไมโตคอนเดรีย (mitochondria) และคลอโรพลาส (chloroplast) อีกส่วนหนึ่งเป็นต้น
เทคนิค Polymerase Chain Reaction (PCR)
Polymerase Chain Reaction หรือ (PCR) เป็นเทคนิคสำหรับเพิ่มปริมาณดีเอ็นเอโดยอาศัยหลักการ DNA Replication ซึ่งเป็นการสังเคราะห์สายดี เอ็น เอ สายใหม่ จาก ดีเอ็นเอต้นแบบในหลอดทดลองภายในระยะเวลาอันสั้นและได้ดีเอ็นเอสายใหม่เกิดขึ้นเป็นล้านเท่า เทคนิคนี้พัฒนาขึ้นเมื่อปี พ.ศ. 2528 โดย Kary Mullis และคณะแห่งบริษัท Cetus Corporation จุดเด่นของเทคนิค PCR คือ สามารถเพิ่มปริมาณดีเอ็นเอ ได้อย่างเฉพาะเจาะจงโดยมีขั้นตอนการทำงานน้อยและใช้เวลาน้อย จนถึงปัจจุบันนี้เทคนิค PCR ได้รับการปรับปรุงและพัฒนาในหลาย ๆ ด้านจนกระทั่งได้รับการยอมรับว่าเป็นเทคโนโลยีที่สำคัญมากต่องานด้านอณูชีวโมเลกุล สามารถนำไปใช้ประโยชน์ได้ทั้งกับงานวิจัยทางชีวโมเลกุลและพันธุวิศวกรรม เช่น การเพิ่มปริมาณยีน (gene cloning) การวิเคราะห์ลำดับเบสของยีน (gene sequencing) การสร้าง ดี เอ็น เอ ติดตาม (DNA probe) และการวิจัยประยุกต์ เช่น การศึกษาการแสดงออกของยีนจาก mRNA การสร้างยีนกลายพันธุ์ (in vitro mutagenesis) การบ่งชี้ตำแหน่งกลายพันธุ์บนยีน (point mutations and deletions) เป็นต้น
ภาพที่ 1 องค์ประกอบและโครงสร้างของ DNA การจับคู่กันของเบสคู่สมของสาย DNA สองสายทำให้มีลักษณะเกลียวคู่ กลับทิศทาง
(ที่มา : Alberts และคณะ, 1983)
ใช้หลักการพื้นฐานในการสังเคราะห์ดีเอ็นเอ สายใหม่จากสายดีเอ็นเอ ที่เป็นต้นแบบหนึ่งสายด้วยเอนไซม์ DNA poloymerase ซึ่งใช้กันอยู่ทั่วไปในการติดฉลากดีเอ็นเอ และการศึกษาวิเคราะห์ลำดับเบส แต่ PCR สามารถสังเคราะห์ดีเอ็นเอได้คราวละ 2 สายพร้อมกัน โดยใช้ไพรเมอร์ (primer) 1 คู่ ปฏิกิริยา PCR มี 3 ขั้นตอน และหมุนเวียน ต่อเนื่องกันไป ภายใต้สภาวะที่เหมาะสมของแต่ละขั้นตอน
Deoxynucleotides (dNTPs) เป็นนิวคลีโอไทด์ ซึ่งเป็นหน่วยย่อยสำหรับนำไปสังเคราะห์ดีเอ็นเอสายใหม่
เครื่อง Thermal cycler หรือ PCR machine เป็นเครื่องที่จำเป็นในการทำ PCR ซึ่งเครื่องนี้มีอยู่หลายแบบและหลายระบบขึ้นกับการออกแบบและการคิดค้นของบริษัท ผู้ผลิต ข้อสำคัญคือต้องสามารถปรับเปลี่ยนอุณหภูมิได้เป็นขั้นตอนตามที่ตั้งไว้และทำงานหมุนเวียนกันหลาย ๆ รอบได้ตั้งโปรแกรมการทำงานได้และการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิ ในแต่ละขั้นตอนใช้ระยะเวลาไม่นานนักระยะเวลาที่ใช้แต่ละขั้นคือ denaturing annealing และ extension อยู่ในช่วง 15 วินาที ถึง 10 นาที ดังนั้นการเพิ่มปริมาณดีเอ็นเอโดยวิธี PCR 25-40 รอบ จะใช้เวลาประมาณ 1.5-5 ชั่วโมง
การวิเคราะห์ผลผลิตดีเอ็นเอจากปฏิกิริยา PCR
ดีเอ็นเอที่เกิดจากปฏิกิริยา PCR ในหลอดทลองจะไม่สามารถมองเห็นด้วยตาเปล่าได้ ดังนั้นเพื่อตรวจหาดีเอ็นเอผลผลิตจะต้องนำตัวอย่างที่ทำ PCR มาแยกหาดีเอ็นเอโดยใช้เทคนิคที่เรียกว่า agarose gel electrophoresis ซึ่งเป็นการแยกดีเอ็นเอด้วยกระแสไฟฟ้าบนแผ่นวุ้น (Agarose gel) โดยระยะทางที่ดีเอ็นเอสามารถเคลื่อนที่ไปได้จะขึ้นอยู่กับขนาดของดีเอ็นเอและกระแสไฟฟ้าที่ใช้ ดีเอ็นเอที่แยกโดยวิธีนี้สามารถมองเห็นได้เมื่อย้อมด้วยสีพิเศษ ซึ่งจะเรืองแสงเมื่อเจอกับแสงอุตร้าไวโอเลต ซึ่งจะเห็นแถบดีเอ็นเอเรืองแสงบนแผ่นวุ้น (ภาพที่ 4)
ประโยชน์ของ PCR ในการตรวจวินิจฉัยโรค
ปัจจุบันนี้นับได้ว่า PCR เป็นเทคนิคสำคัญมากในงานอณูชีวโมเลกุล ทั้งที่เป็นงานพื้นฐานในห้องปฏิบัติการไปจนถึงการประยุกต์ใช้ทางการแพทย์และการเกษตรสามารถใช้ในการวินิจฉัยโรคต่าง ๆ ทั้งโรคติดเชื้อและโรคจากพันธุกรรม ศึกษาความผันแปรหรือกลายพันธุ์ของพันธุกรรมหรือยีน ทำแผนที่ยีนและศึกษาลำดับเบสของยีนของสิ่งมีชีวิตได้ทุกชนิด ทั้งนี้เนื่องมาจากเทคนิคนี้สามารถเพิ่มจำนวนดีเอ็นเอที่สนใจศึกษาให้มีปริมาณมากในเวลาอันรวดเร็ว และเป็นเทคนิคที่ทำได้ง่าย ประโยชน์ของ PCR ทางด้านการแพทย์ ได้แก่ การตรวจวินิจฉัยโรคโดยการตรวจหาเชื้อไวรัสหรือแบคทีเรียที่เป็นสาเหตุของโรค (เช่น โรคเอดส์,วัณโรค,มาเลเรีย) การตรวจหายีนก่อมะเร็ง (เช่น มะเร็งเต้านม,มะเร็งลำไส้ใหญ่) ซึ่งประโยชน์ของ PCR ทางการแพทย์เหล่านี้ทำให้การวินิจฉัยโรคเพื่อป้องกันและรักษาเป็นไปอย่างมีประสิทธิภาพมากยิ่งขึ้น ทางด้านการเกษตร PCR มีบทบาทมากในงานด้านการปรับปรุงพันธุ์พืช การตรวจสอบสายพันธุ์พืช การตรวจวินิจฉัยโรคสายพันธุ์พืชต้านทานโรค การศึกษาความสัมพันธ์ระหว่างพืชกับเชื้อโรครวมทั้งศึกษายีนกับตัวอื่น ๆ ของพืชและเชื้อโรค และการแสดงออกของยีนเหล่านั้นได้ ซึ่งเทคนิค PCR นี้ช่วยให้เข้าใจถึงพันธุกรรมของเชื้อโรคพืชและ พืชอาศัย ตลอดจนการนำไปใช้ในการป้องกันกำจัดโรคพืชที่เกิดจากเชื้อรา แบคทีเรีย และไวรัส หรือเชื้อสาเหตุโรคอื่น ๆ ขณะนี้เทคนิค PCR ได้ถูกนำมาใช้ในอุตสาหกรรมเพาะเลี้ยงกุ้ง ซึ่งเป็น อุตสาหกรรมส่งออกที่ทำรายได้ให้กับประเทศไทย 4-5 หมื่นล้านบาทต่อปี แต่ในปัจจุบันนี้เกษตรกรเริ่มประสบปัญหาจากโรคระบาดในบ่อเลี้ยงกุ้ง ซึ่งมีผลต่อผลผลิตกุ้งส่งออกทำให้ประเทศไทยสูญเสียรายได้ถึงปีละ 1-2 หมื่นล้านบาท สาเหตุของโรคระบาดในกุ้งที่พบ ส่วนใหญ่เกิดจากเชื้อไวรัสซึ่งต้องใช้เทคนิค PCR ในการตรวจสอบ ทำให้สามารถป้องกันการแพร่ระบาดของโรคได้ทันท่วงที นอกจากนี้การคัดเลือกสายพันธุ์กุ้งที่ดีเพื่อใช้ในการผสมพันธุ์ซึ่งมีความแปรปรวนพันธุกรรม (genetic diversity หรือ Variation) สูงจะไม่สามารถดำเนินไปได้ถ้าไม่ใช้วิธีการคัดเลือกที่มีประสิทธิภาพ และถูกต้องถึงระดับ พันธุกรรม ที่มา http://web.ku.ac.th/schoolnet/snet4/genetics/pcr.htm
ดีเอ็นเอคลังข้อมูลพันธุกรรม ดีเอ็นเอ หรือ Deoxyribonucleic (DNA) เป็นสารพันธุกรรมทำหน้าที่ควบคุมและถ่ายทอดลักษณะต่างๆ ของสิ่งมีชีวิต โดยดีเอ็นเอจะประกอบด้วยหน่วยย่อยพื้นฐานที่เรียกว่า “นิวคลีโอไทด์” อันเป็นชุดของโมเลกุลฟอสเฟต น้ำตาลเพนโตส และสารเคมีที่มีสมบัติเป็นด่างหรือ “เบส” 1 ตัว ซึ่งเบสจะมีอยู่ 4 ชนิดคือ adenine (A) , guanine (G) , cytosine (C) , thymine (T)
ลักษณะโครงสร้างของดีเอ็นเอประกอบขึ้นจากสายชุดนิวคลีโอไทด์ 2 สายที่มาพันเข้าด้วยกันเป็นลักษณะเกลียวคู่หรือบันไดเวียน โดยมีเบสที่เรียงรายอยู่ตามสายแต่ละสาย แต่ละสายทำหน้าที่ยึดจับระหว่างสายทั้งสอง และปรากฏว่าสายส่วนที่มีเบส A จะจับคู่สร้างพันธะกับเบส T และส่วนที่มีเบส G จะจับคู่เบส C ซึ่งการจับคู่กันนี้เรียกว่าเป็นเบสคู่สม (ดังแสดงในภาพที่ 1) และแต่ละส่วนบนสายดีเอ็นเอนี้เองที่เป็นที่อยู่ของ “ยีน” (gene) ซึ่งเป็นส่วนที่บรรจุข้อมูลสำหรับการสร้างโปรตีนชนิดใดชนิดหนึ่ง โดยยีนที่ต่างกันก็จะมีตำแหน่งที่อยู่และการเรียงลำดับของเบสบนตัวมันแตกต่างกันไป
อาร์เอ็นเอ สามารถเป็นแหล่งข้อมูลพันธุกรรมได้
ในปี พ.ศ. 2513 ได้มีผู้ค้นพบว่าเชื้อไวรัสบางชนิดมีสารพันธุกรรมเป็นอาร์เอ็นเอ RNA หรือ Ribonucleic acid) ซึ่งไวรัสสามารลอกรหัสจากอาร์เอ็นเอเป็นดีเอ็นเอเพื่อใช้ในการเพิ่มจำนวนไวรัสในเซลล์เจ้าบ้านได้ ตัวอย่างไวรัสที่มีสารพันธุกรรมเป็นอาร์เอ็นเอ ได้แก่ เชื่อไวรัสเอชไอวีซึ่งเป็นสาเหตุของโรคเอดส์
โดยปกติอาร์เอ็นเอจะถูกลอกรหัสมาจากดีเอ็นเอเพื่อใช้ในการถอดรหัสสร้างโปรตีนเป็นการถ่ายทอดรหัสทางพันธุกรรมออกมาเป็นลักษณะภายนอกของสิ่งมีชีวิต
อาร์เอ็นเอ ประกอบด้วยนิวคลีโอไทด์ที่คล้ายกับดีเอ็นเอ แต่มีความแตกต่างในส่วนของน้ำตาลเพนโตสซึ่งในดีเอ็นเอเป็นน้ำตาล deoxyribose ส่วนในอาร์เอ็นเอเป็นชนิด ribose และเบสที่พบในอาร์เอ็นเอจะประกอบด้วยเบส 4 ชนิดเช่นกัน โดยมีเบส 3 ชนิดที่เหมือนกับดีเอ็นเอ คือ A, G, C และเบสที่ต่างกับดีเอ็นเอคือ uracil (U) ซึ่ง u จะจับคู่กับเบส A (แทนเบส T ในดีเอ็นเอ)
โครโมโซม
สาร DNA ซึ่งเป็นข้อมูลพันธุกรรมของสิ่งมีชีวิต จะมีขนาดยาวแตกต่างกันมากในกรณีของเชื้อไวรัสอาจมีจีโนม (genome) หรือข้อมูลพันธุกรรมทั้งหมดเป็น DNA หรือ RNA เท่านั้น และอาจเป็นสายคู่หรือสายเดี่ยวที่เป็นเส้นยาว (linear) วงแหวน (circular) หรือเป็นชิ้นแยกกัน (segments) ซึ่งต่างจากจีโนมของแบคทีเรียและสิ่งมีชีวิตชั้นสูง ซึ่งจะเป็นโปรตีนร่วมกับกันอยู่กับสาย DNA และมีรูปร่างที่เด่นชัด ซึ่งเรียกว่าโครโมโซม (chromosome) (ภาพที่ 2) เชื้อแบคทีเรีย จะมีโครโมโซม ประกอบด้วย DNA สายเกลียวคู่ชนิดวงแหวนจับรวมอยู่กับโปรตีนหลายชนิด เป็นกลุ่มเรียกว่านิวคลีออยด์ (nucleoid) แต่จะไม่มีเยื่อหุ้มนิวเคลียสห่อหุ้ม
ในสิ่งมีชีวิตชั้นสูง สาย DNA จะอยู่ในลักษณะที่จับรวมกับฮีสโตน (histone) และโปรตีนชนิดอื่นๆ โดยมีการพันและหดตัวของสาย DNA เพื่อให้สามารถบรรจุเข้าในส่วนนิวเคลียสของเซลล์ได้ นอกจากนิวเคลียสแล้ว ในสิ่งมีชีวิตชั้นสูงยังมียีนที่อยู่ในส่วนของ organelle อื่นๆ เช่นในพืชจะมียีนอยู่ในไมโตคอนเดรีย (mitochondria) และคลอโรพลาส (chloroplast) อีกส่วนหนึ่งเป็นต้น
เทคนิค Polymerase Chain Reaction (PCR)
Polymerase Chain Reaction หรือ (PCR) เป็นเทคนิคสำหรับเพิ่มปริมาณดีเอ็นเอโดยอาศัยหลักการ DNA Replication ซึ่งเป็นการสังเคราะห์สายดี เอ็น เอ สายใหม่ จาก ดีเอ็นเอต้นแบบในหลอดทดลองภายในระยะเวลาอันสั้นและได้ดีเอ็นเอสายใหม่เกิดขึ้นเป็นล้านเท่า เทคนิคนี้พัฒนาขึ้นเมื่อปี พ.ศ. 2528 โดย Kary Mullis และคณะแห่งบริษัท Cetus Corporation จุดเด่นของเทคนิค PCR คือ สามารถเพิ่มปริมาณดีเอ็นเอ ได้อย่างเฉพาะเจาะจงโดยมีขั้นตอนการทำงานน้อยและใช้เวลาน้อย จนถึงปัจจุบันนี้เทคนิค PCR ได้รับการปรับปรุงและพัฒนาในหลาย ๆ ด้านจนกระทั่งได้รับการยอมรับว่าเป็นเทคโนโลยีที่สำคัญมากต่องานด้านอณูชีวโมเลกุล สามารถนำไปใช้ประโยชน์ได้ทั้งกับงานวิจัยทางชีวโมเลกุลและพันธุวิศวกรรม เช่น การเพิ่มปริมาณยีน (gene cloning) การวิเคราะห์ลำดับเบสของยีน (gene sequencing) การสร้าง ดี เอ็น เอ ติดตาม (DNA probe) และการวิจัยประยุกต์ เช่น การศึกษาการแสดงออกของยีนจาก mRNA การสร้างยีนกลายพันธุ์ (in vitro mutagenesis) การบ่งชี้ตำแหน่งกลายพันธุ์บนยีน (point mutations and deletions) เป็นต้น
ภาพที่ 1 องค์ประกอบและโครงสร้างของ DNA การจับคู่กันของเบสคู่สมของสาย DNA สองสายทำให้มีลักษณะเกลียวคู่ กลับทิศทาง
(ที่มา : Alberts และคณะ, 1983)
ภาพที่ 2 สาย DNA เกลียวคู่พันกับโปรตีนและหดตัวเป็นสายโครมาตีนจนเห็นเป็นโครโมโซมในระยะเมตาเฟส
(ที่มา : Freifelder, 1985)
หลักการของ PCR
(ที่มา : Freifelder, 1985)
หลักการของ PCR
ใช้หลักการพื้นฐานในการสังเคราะห์ดีเอ็นเอ สายใหม่จากสายดีเอ็นเอ ที่เป็นต้นแบบหนึ่งสายด้วยเอนไซม์ DNA poloymerase ซึ่งใช้กันอยู่ทั่วไปในการติดฉลากดีเอ็นเอ และการศึกษาวิเคราะห์ลำดับเบส แต่ PCR สามารถสังเคราะห์ดีเอ็นเอได้คราวละ 2 สายพร้อมกัน โดยใช้ไพรเมอร์ (primer) 1 คู่ ปฏิกิริยา PCR มี 3 ขั้นตอน และหมุนเวียน ต่อเนื่องกันไป ภายใต้สภาวะที่เหมาะสมของแต่ละขั้นตอน
ขั้นแรก เรียกว่า denaturing เป็นการแยกสายดี เอ็น เอ ที่เป็นต้นแบบจากสภาพที่เป็นเส้นคู่ ให้เป็นเส้นเดี่ยวโดยใช้อุณหภูมิสูง 92-95o ซ
ขั้นที่สองเรียกว่า annealing เป็นขั้นตอนที่ลดอุณหภูมิลงและจัดให้ไพรเมอร์ ซึ่งเป็นดี เอ็น เอ สายสั้น ๆ (ประกอบด้วยนิวคลีโอไทด์จำนวน 14-13 เบส) ที่มีลำดับ เบสเป็นคู่สมกับดี เอ็น เอ ที่เป็นต้นแบบจับคู่กัน ซึ่งนิยมใช้อุณหภูมิในช่วง 37-60o ซ
ขั้นที่ 3 เรียกว่า extension เป็นขั้นตอนการสังเคราะห์ดี เอ็น เอ สายใหม่โดยสังเคราะห์ต่อจากส่วนปลาย 5 ของไพรเมอร์ ตามข้อมูลบนดีเอ็นเอ ที่เป็นต้นแบบแต่ละสายโดยอาศัยการทำงานของเอ็นไซม์ดีเอ็นเอโพลิเมอร์เรส (DNA polymerase) ซึ่งเอ็นไซม์นี้สามารถทำงานได้ดีที่สุดที่อุณหภูมิ 72-75o ซ เอนไซม์ดีเอ็นเอโพลิเมอเรสที่ใช้ควรจะคง คุณสมบัติอยู่ได้ภายใต้สภาวะของปฏิกิริยา ตลอดทั้งสามขั้นตอน
ภาพที่ 3 หลักการและขั้นตอนการเพิ่มปริมาณดีเอ็นเอ ด้วยเทคนิค PCR
(ที่มา : PE applied Biosystems)
(ที่มา : PE applied Biosystems)
เนื่องจากการทำ PCR เป็นการสร้างสายดีเอ็นเอ สายใหม่ในหลอดทดลอง จึงต้องมีการเติมสารเคมีและสารตั้งต้นที่เกี่ยวข้อง เพื่อใช้ในการนำมาสร้างเป็นดีเอ็นเอสายใหม่ สารเคมีที่ต้องใช้ปฏิกิริยา PCR มีดังต่อไปนี้
Deoxynucleotides (dNTPs) เป็นนิวคลีโอไทด์ ซึ่งเป็นหน่วยย่อยสำหรับนำไปสังเคราะห์ดีเอ็นเอสายใหม่
DNA polymerase เป็นเอนไซม์สำหรับสังเคราะห์ดีเอ็นเอให้ช่วยเร่งปฏิกิริยาเชื่อมต่อนิวคลีโอไทด์ใหม่เข้ากับไพรเมอร์
Primer เป็นดีเอ็นเอเริ่มต้นสายสั้น ๆ ที่มีลำดับเบสเป็นคู่สมกับดีเอ็นเอที่เป็นต้นแบบของการสังเคราะห์ ในการทำ PCR จึงต้องทราบลำดับเบสของดีเอ็นเอที่ต้องการจะเพิ่มจำนวน เพื่อใช้ในการสร้างไพเมอร์จำเพาะ
PCR buffer เป็นสารละลายที่ควบคุมสภาวะของการทำปฏิกิริยาให้เหมาะสม เช่น pH และเกลือต่าง ๆ ซึ่งจะต้องมีอนุมูลแมกนีเซียม (Mg++) อยู่ด้วย
Template คือดีเอ็นเอต้นแบบหรือยีนส่วนที่ต้องการเพิ่มปริมาณ หรือเป็นตัวอย่างดีเอ็นเอ ที่ต้องการนำมาตรวจหาดีเอ็นเอจำเพาะ
สารเคมีที่เป็นส่วนผสมของปฏิกิริยา PCR จะผสมกันไว้ในหลอดทดลองเล็กปริมาตรสาร 20-100 ไมโครลิตร เมื่อนำหลอดส่วนผสมไปใส่ไว้ในเครื่องควบคุมอุณหภูมิที่เรียกว่า DNA thermal cycler (นิยมเรียกว่าเครื่อง Pcr) ที่ปรับอุณหภูมิได้ตามโปรแกรมที่กำหนด จะเกิดการสังเคราะห์ดีเอ็นเอสายใหม่ขึ้นในหลอด เมื่อเกิดปฏิกิริยาจนครบรอบและระยเวลาที่กำหนดจะได้ผลผลิตดีเอ็นเอ ขนาดที่ต้องการเป็นจำนวนมาก
เครื่องเพิ่มปริมาณดีเอ็นเอ (PCR machine)
สารเคมีที่เป็นส่วนผสมของปฏิกิริยา PCR จะผสมกันไว้ในหลอดทดลองเล็กปริมาตรสาร 20-100 ไมโครลิตร เมื่อนำหลอดส่วนผสมไปใส่ไว้ในเครื่องควบคุมอุณหภูมิที่เรียกว่า DNA thermal cycler (นิยมเรียกว่าเครื่อง Pcr) ที่ปรับอุณหภูมิได้ตามโปรแกรมที่กำหนด จะเกิดการสังเคราะห์ดีเอ็นเอสายใหม่ขึ้นในหลอด เมื่อเกิดปฏิกิริยาจนครบรอบและระยเวลาที่กำหนดจะได้ผลผลิตดีเอ็นเอ ขนาดที่ต้องการเป็นจำนวนมาก
เครื่องเพิ่มปริมาณดีเอ็นเอ (PCR machine)
เครื่อง Thermal cycler หรือ PCR machine เป็นเครื่องที่จำเป็นในการทำ PCR ซึ่งเครื่องนี้มีอยู่หลายแบบและหลายระบบขึ้นกับการออกแบบและการคิดค้นของบริษัท ผู้ผลิต ข้อสำคัญคือต้องสามารถปรับเปลี่ยนอุณหภูมิได้เป็นขั้นตอนตามที่ตั้งไว้และทำงานหมุนเวียนกันหลาย ๆ รอบได้ตั้งโปรแกรมการทำงานได้และการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิ ในแต่ละขั้นตอนใช้ระยะเวลาไม่นานนักระยะเวลาที่ใช้แต่ละขั้นคือ denaturing annealing และ extension อยู่ในช่วง 15 วินาที ถึง 10 นาที ดังนั้นการเพิ่มปริมาณดีเอ็นเอโดยวิธี PCR 25-40 รอบ จะใช้เวลาประมาณ 1.5-5 ชั่วโมง
การวิเคราะห์ผลผลิตดีเอ็นเอจากปฏิกิริยา PCR
ดีเอ็นเอที่เกิดจากปฏิกิริยา PCR ในหลอดทลองจะไม่สามารถมองเห็นด้วยตาเปล่าได้ ดังนั้นเพื่อตรวจหาดีเอ็นเอผลผลิตจะต้องนำตัวอย่างที่ทำ PCR มาแยกหาดีเอ็นเอโดยใช้เทคนิคที่เรียกว่า agarose gel electrophoresis ซึ่งเป็นการแยกดีเอ็นเอด้วยกระแสไฟฟ้าบนแผ่นวุ้น (Agarose gel) โดยระยะทางที่ดีเอ็นเอสามารถเคลื่อนที่ไปได้จะขึ้นอยู่กับขนาดของดีเอ็นเอและกระแสไฟฟ้าที่ใช้ ดีเอ็นเอที่แยกโดยวิธีนี้สามารถมองเห็นได้เมื่อย้อมด้วยสีพิเศษ ซึ่งจะเรืองแสงเมื่อเจอกับแสงอุตร้าไวโอเลต ซึ่งจะเห็นแถบดีเอ็นเอเรืองแสงบนแผ่นวุ้น (ภาพที่ 4)
ภาพที่ 4 แถบดีเอ็นเอที่แยกบนแผ่นวุ้นโดยวิธี agarose gel electrophoresis
และย้อมด้วยสี ethidium bromide ถ่ายภาพภายใต้แสง ultraviolet
ประโยชน์ของ PCR ในการตรวจวินิจฉัยโรค
และย้อมด้วยสี ethidium bromide ถ่ายภาพภายใต้แสง ultraviolet
ประโยชน์ของ PCR ในการตรวจวินิจฉัยโรค
ประโยชน์ของพันธุวิศกรรม
ประโยชน์ของพันธุวิศวกรรม
พันธุวิศวกรรมเป็นกระบวนการปรับปรุงพันธุ์สิ่งมีชีวิตชนิดพันธุ์ (species) หนึ่งโดยนำยีนจากอีกชนิดพันธุ์หนึ่งถ่ายฝากเข้าไป เพื่อจุดประสงค์ที่จะให้สามารถทำงานได้ดีขึ้น กระบวนการดังกล่าวมิได้เกิดขึ้นตามธรรมชาติ สิ่งมีชีวิตดังกล่าวมีชื่อเรียกว่า LMO (living modified organism) หรือ GMO (genetically modified organism)
ปัจจุบันการตัดแต่งยีนในพืชและสัตว์ได้เจริญก้าวหน้าไปอย่างรวดเร็ว เป็นผลให้มีการพยายามนำเทคโนโลยีนี้ไปประยุกต์ใช้อย่างกว้างขวาง ดังตัวอย่างต่อไปนี้
1. การเพิ่มผลผลิตโปรตีนที่สำคัญและหายาก เช่น ฮอร์โมนอินซูลิน วัคซีนคุ้มกันโรคตับอักเสบชนิดบี วัคซีนคุ้มกัน โรคปากเท้าเปื่อยต่างๆ เป็นต้น
2. การปรับปรุงพันธุ์ของจุลิทรีย์ที่ใช้ในอุตสาหกรรมบางประเภท เช่น การผลิตยาปฏิชีวนะ การหมัก การกำจัดศัตรูพืชและสัตว์ เป็นต้น
3. การตรวจและแก้ไขความบกพร่องทางพันธุกรรมของมนุษย์ พืช และสัตว์ด้วยวิธีที่แม่นยำและรวดเร็วยิ่งขึ้น เช่น โรคเบาหวาน โรคโลหิตจาง โรคธาลัสซีเมีย ปัญญาอ่อน และยีนเกิดมะเร็ง
4. การปรับปรุงพันธุของสัตว์ เช่น การนำยีนจากปลาใหญ่มาใส่ในปลาเล็ก แล้วทำให้ปลาเล็กตัวโตเร็วขึ้น มีคุณค่าทางอาหารดีขึ้น เป็นต้น
สิ่งมีชีวิตดัดแปลงพันธุกรรม ( GMOs ) แบ่งเป็น 3 กลุ่ม ได้แก่
1. จุลินทรีย์ดัดแปลงพันธุกรรม (Genetically Engineered Microorganism) เพื่อใช้ในอุตสาหกรรมอาหารและยา รวมทั้งเพื่อประโยชน์ทางด้านสิ่งแวดล้อม
2. พืชดัดแปลงพันธุกรรม (Geneticlly Modified Plant หรือ Transgenetic Plant) ซึ่งมักเป็นที่นิยมกัน เนื่องจากทำได้ง่ายกว่าสัตว์และพืชมีอายุสั้นกว่าสัตว์ ซึ่งเป็นการช่วยแก้ปัญหาการขาดแคลนอาหารของประชากรโลกที่เพิ่มขึ้น ตัวอย่างพืชที่ทำ GMOs เช่น ข้าวโพด มะละกอ ฝ้าย เป็นต้น
3. สัตว์ดัดแปลงพันธุกรรม (Genetically Modified Animal หรือ Transgenetic Animal) เพื่อเพิ่มผลผลิต ด้านอาหารให้เพียงพอความต้องการของประชากรโลก และเพื่อการศึกษาค้นคว้าทางด้านวิทยาศาสตร์และการแพทย์
วิธีการทางพันธุวิศวกรรม
ขั้นตอนทางพันธุวิศวกรรมเพื่อทำ GMOs มี 2 ขั้นตอน
1. เจาะจงโดยการค้นหายีนตัวใหม่ที่มีลักษณะตามต้องการ โดยยีนตัวนี้อาจมาจากพืชหรือสัตว์ หรือจุลินทรีย์ก็ได้ไปผ่านกระบวนการปรับแต่ง
2. นำยีนที่ได้ ถ่ายทอดเข้าไปอยู่ในโครโมโซมของเซลล์ใหม่ ซึ่งทำได้หลายวิธี แต่วิธีที่ใช้ในปัจจุบัน มี 2 วิธี คือ
- การใช้จุลินทรีย์เป็นพาหะ โดยเป็นการใช้แบคทีเรียในกลุ่มที่เรียกว่าAgro-bacterium ลำเลียงยีนเข้าไปในเซลล์ใหม่
- การใช้ปืนยีน(Gene Gun) โดยใช้ปืนยิงยีนที่เกาะอยู่บนผิวของอนุภาคของทองให้เข้าไปในโครโมโซมของเซลล์ใหม่ด้วยแรงเฉื่อย ทำให้ DNA หลุดจากผิวของอนุภาคของทองเข้าไปอยู่ในโครโมโซม ส่วนทองจะอยู่ภายในเนื้อเยื่อโดยไม่มีปฏิกิริยาใด ๆ
ไม่ว่าจะโดยวิธีการใดก็ตาม ยีนที่เข้าไปใหม่จะแทรกตัวรวมอยู่กับโครโมโซม จนกลายเป็นส่วนหนึ่งของโครโมโซม การถ่ายทอดยีนเข้าสู่โครโมโซมใหม่นั้นมิได้เป็นการถ่ายทอดเฉพาะยีนที่ต้องการเท่านั้น แต่เป็นการถ่ายทอดชุดของยีนที่เรียกว่า Gene Cassette โดยนักวิทยาศาสตร์นำยีนที่ต้องการนั้น ไปผ่านกระบวนการเสริมแต่ง เพื่อเพิ่มตัวช่วย ได้แก่ ตัวควบคุมการทำงานของยีนให้เริ่มต้นและยุติ และตัวบ่งชี้ปรากฏการณ์ของยีน ซึ่งตัวช่วยทั้งสองเป็นสารพันธุกรรมหรือยีนเช่นกัน ทั้งหมดจะถูกนำมาเชื่อมต่อเข้าด้วยกันเป็นชุดของยีน ก่อนจะนำชุดของยีนนั้นไปฝากไว้กับเชื้ออะโกรแบคทีเรียหรือนำไปเคลือบลงบนผิวอนุภาคของทองอีกทีหนึ่ง
การเพิ่มผลผลิตของสัตว์
ในปัจจุบันเทคโนโลยีต่างๆ ที่เกี่ยวข้องกับการเลี้ยงสัตว์ เช่น การผสมเทียม การถ่ายฝากตัวอ่อน การโคลนนิ่ง ได้มีการพัฒนาไปอย่างมาก ทำให้สามารถเพิ่มผลผลิตทั้งด้านปริมาณและคุณภาพ นอกจากนี้การใช้เทคโนโลยีด้านอื่นๆ มาช่วยเพิ่มผลผลิต ดังนี้
1. การใช้ฮอร์โมนช่วยการขุนวัว เพื่อให้วัวพื้นเมืองเพศเมียมีน้ำหนักเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วในเวลาสั้น ๆ
2. การฉีดวัคซีนเร่งความสมบูรณ์พันธุ์และเร่งอัตราการเจริญเติบโตของกระบือ เพื่อให้กระบือเพศเมียตกลูกตั้งแต่อายุน้อยได้ลูกมาก และเร่งอัตราการเจริญเติบโตเพิ่มผลผลิตเนื้อในกระบือเพศผู้ อย่างไรก็ดีการใช้เทคโนโลยีในบางกรณีก็อาจประสบกับปัญหาหรืออุปสรรคได้ ตัวอย่างเช่น การผสมเทียมปลามีการพัฒนามากขึ้นจนสามารถนำไปใช้กับปลาหลายชนิด เช่น ปลาบึก ปลาสวาย ปลาตะเพียนขาว ปลาดุ ปลานิล เป็นต้น แต่ก็ยังประสบกับปัญหาหรืออุปสรรคในการเลี้ยงปลา ดังนี้
1. การที่ไม่รู้ทั้งหมดว่าปลากินอะไรบ้างในช่วงอายุต่างๆ กัน
2. การขาดแคลนอาหารสำหรับลูกปลาเล็กๆ ที่เพิ่งจะฟักออกจากไข่ ซึ่งปัจจุบันได้มีการ
เพาะเลี้ยงไรแดง เพื่อแก้ปัญหาการขาดแคลนอาหารสำหรับลูกปลาเล็กๆ
3. การผลิตสัตว์ที่มีลักษณะเด่นกว่าเดิม เช่น ปลาสวยงามสีสันแปลกตา แมวที่ไม่ก่อให้เกิดอาการภูมิแพ้
การใช้ประโยชน์จากเทคโนโลยีชีวภาพในด้านต่างๆ
ด้านเกษตรกรรม
ในปัจจุบันมีการปรับปรุงพันธุ์สัตว์โดยการนำสัตว์พันธุ์ดีจากต่างประเทศซึ่งอ่อนแอ ไม่สามารถทนต่อสภาพอากาศของไทยมาผสมพันธุ์กับพันธุ์พื้นเมือง เพื่อให้ได้ลูกผสมที่มีลักษณะดีเหมือนกับพันธุ์ต่างประเทศที่แข็งแรง ทนทานต่อโรคและทนต่อสภาพภูมิอากาศของเมืองไทย และที่สำคัญคือราคาต่ำ เกษตรกรที่มีทุนไม่มากนัก สามารถซื้อไปเลี้ยงได้ ตัวอย่างเช่น การผลิตโค 3 สายเลือด โดยนำโคพันธุ์พื้นเมืองมาผสมพันธุ์กับโคพันธุ์บราห์มันได้ลูกผสม แล้วนำลูกผสมที่ได้นี้ไปผสมพันธุ์กับแม่พันธุ์โคนมหรือโคเนื้ออีกครั้งหนึ่ง จะได้ลูกผสม 3 สายเลือดที่มีลักษณะดีเหมือนพันธุ์ต่างประเทศ แต่ทนทานต่อโรคและทนร้อนได้ดี และมีราคาต่ำ
ด้านอุตสาหกรรม
1. การถ่ายฝากตัวอ่อน ทำให้เพิ่มปริมาณและคุณภาพของโคนมและโคเนื้อ เพื่อนำมาใช้ในอุตสาหกรรมการผลิตเนื้อวัวและน้ำนมวัว
2. การผสมเทียมสัตว์บกและสัตว์น้ำ เพื่อเพิ่มปริมาณและคุณภาพสัตว์บกและสัตว์น้ำ ทำให้เกิดการพัฒนาอุตสาหกรรมการแช่เย็นเนื้อสัตว์และการผลิตอาหารกระป๋อง
3. พันธุวิศวกรรม โดยนำผลิตผลของยีนมาใช้ประโยชน์และผลิตเป็นอุตสาหกรรม เช่น ผลิตยา ผลิตวัคซีน น้ำยาสำหรับตรวจวินิจฉัยโรค ยาต่อต้านเนื้องอก ฮอร์โมนอินซูลินรักษาโรคเบาหวาน ฮอร์โมนเร่งการเจริญเติบโตของคน เป็นต้น
4. ผลิตฮอร์โมนเร่งการเจริญเติบโตของสัตว์ ได้มีการทดลองทำในหมู โดยการนำยีนสร้างฮอร์โมนเร่งการเจริญเติบโตของวัวและของคนมาฉีดเข้าไปในรังไข่ที่เพิ่งผสม พบว่าหมูจะมีการเจริญเติบโตดีกว่าหมูปรกติ
5. ผลิตสัตว์แปลงพันธุ์ให้มีลักษณะโตเร็วเพิ่มผลผลิต หรือมีภูมิต้านทาน เช่น แกะที่ให้น้ำนมเพิ่มขึ้น ไก่ที่ต้านทานไวรัส
ด้านการแพทย์ใช้พันธุวิศวกรรม มีดังต่อไปนี้
1.1 การใช้ยีนบำบัดโรค เช่น การรักษาโรคไขกระดูกที่สร้างโกลบินผิดปรกติ การดูแลรักษาเด็กที่ติดเชื้อง่าย การรักษาผู้ป่วยที่เป็นมะเร็ง เป็นต้น
1.2 การตรวจวินิจฉัยหรือตรวจพาหะจากยีน เพื่อตรวจสอบโรคธาลัสซีมีย โรคโลหิตจาง สภาวะปัญญาอ่อน ยีนที่อาจทำให้เกิดประโรคมะเร็ง เป็นต้น
1.3 การใช้ประโยชน์จากการตรวจลายพิมพ์จากยีนของสิ่งมีชีวิต เช่น การสืบหาตัวผู้ต้องสงสัยในคดีต่าง ๆ การตรวจสอบความเป็นพ่อ-แม่-ลูกกัน การตรวจสอบพันธุ์สัตว์เศรษฐกิจต่าง ๆ
ด้านอาหาร
1. เพิ่มปริมาณเนื้อสัตว์ทั้งสัตว์บกและสัตว์น้ำ สัตว์บก ได้แก่ กระบือ สุกร ส่วนสัตว์น้ำมีทั้งสัตว์น้ำจืดและสัตว์น้ำเค็มจำพวกปลา กุ้ง หอยต่างๆ ซึ่งเนื้อสัตว์เป็นแหล่งสารโปรตีนที่สำคัญมาก
2. เพิ่มผลผลิตจากสัตว์ เช่น น้ำนมวัว ไขเป็ด ไข่ไก่ เป็นต้น
3. เพิ่มผลิตภัณฑ์ที่แปรรูปจากผลผลิตของสัตว์ เช่น เนย นมผง นมเปรี้ยว และโยเกิร์ต เป็นต้น ทำให้เรามีอาหารหลากหลายที่ให้ประโยชน์มากมาย
สิ่งมีชีวิตแปลงพันธุ์เหล่านี้ต่างจากพันธุ์ธรรมดาตรงที่มียีนแปลกปลอมใหม่ ๆ (novel genes) เข้าไปอยู่ในพันธุ์นั้นทำให้มีความกลัวและคำถามตามมาหลายข้อ เช่น
1. เสถียรภาพของยีนว่าจะอยู่คงทนในพันธุ์นั้นนานแค่ใด กี่ชั่วอายุหรือจะหายไปในชั่วลูกชั่วหลาน
2. ยีนที่มาจากจุลินทรีย์ที่ไม่ก่อเกิดโรค มีโอกาสที่จะกลายพันธุ์เป็นยีนก่อเกิดโรคได้หรือไม่
3. ยีนเหล่านี้มีโอกาสหลุดไปสู่พืชพันธุ์อื่น หรือจุจินทรีได้หรือไม่
4. ผลผลิตจะมีพิษภัยต่อสุขภาพคน และสัตว์หรือไม่
5. ปัญหาราคาผลิตผลทรัพย์สินทางปัญญา และอื่น ๆ ยังมีอีกมาก
ที่มา http://genetic.siam2web.com/?cid=1504692
พันธุวิศวกรรมเป็นกระบวนการปรับปรุงพันธุ์สิ่งมีชีวิตชนิดพันธุ์ (species) หนึ่งโดยนำยีนจากอีกชนิดพันธุ์หนึ่งถ่ายฝากเข้าไป เพื่อจุดประสงค์ที่จะให้สามารถทำงานได้ดีขึ้น กระบวนการดังกล่าวมิได้เกิดขึ้นตามธรรมชาติ สิ่งมีชีวิตดังกล่าวมีชื่อเรียกว่า LMO (living modified organism) หรือ GMO (genetically modified organism)
ปัจจุบันการตัดแต่งยีนในพืชและสัตว์ได้เจริญก้าวหน้าไปอย่างรวดเร็ว เป็นผลให้มีการพยายามนำเทคโนโลยีนี้ไปประยุกต์ใช้อย่างกว้างขวาง ดังตัวอย่างต่อไปนี้
1. การเพิ่มผลผลิตโปรตีนที่สำคัญและหายาก เช่น ฮอร์โมนอินซูลิน วัคซีนคุ้มกันโรคตับอักเสบชนิดบี วัคซีนคุ้มกัน โรคปากเท้าเปื่อยต่างๆ เป็นต้น
2. การปรับปรุงพันธุ์ของจุลิทรีย์ที่ใช้ในอุตสาหกรรมบางประเภท เช่น การผลิตยาปฏิชีวนะ การหมัก การกำจัดศัตรูพืชและสัตว์ เป็นต้น
3. การตรวจและแก้ไขความบกพร่องทางพันธุกรรมของมนุษย์ พืช และสัตว์ด้วยวิธีที่แม่นยำและรวดเร็วยิ่งขึ้น เช่น โรคเบาหวาน โรคโลหิตจาง โรคธาลัสซีเมีย ปัญญาอ่อน และยีนเกิดมะเร็ง
4. การปรับปรุงพันธุของสัตว์ เช่น การนำยีนจากปลาใหญ่มาใส่ในปลาเล็ก แล้วทำให้ปลาเล็กตัวโตเร็วขึ้น มีคุณค่าทางอาหารดีขึ้น เป็นต้น
สิ่งมีชีวิตดัดแปลงพันธุกรรม ( GMOs ) แบ่งเป็น 3 กลุ่ม ได้แก่
1. จุลินทรีย์ดัดแปลงพันธุกรรม (Genetically Engineered Microorganism) เพื่อใช้ในอุตสาหกรรมอาหารและยา รวมทั้งเพื่อประโยชน์ทางด้านสิ่งแวดล้อม
2. พืชดัดแปลงพันธุกรรม (Geneticlly Modified Plant หรือ Transgenetic Plant) ซึ่งมักเป็นที่นิยมกัน เนื่องจากทำได้ง่ายกว่าสัตว์และพืชมีอายุสั้นกว่าสัตว์ ซึ่งเป็นการช่วยแก้ปัญหาการขาดแคลนอาหารของประชากรโลกที่เพิ่มขึ้น ตัวอย่างพืชที่ทำ GMOs เช่น ข้าวโพด มะละกอ ฝ้าย เป็นต้น
3. สัตว์ดัดแปลงพันธุกรรม (Genetically Modified Animal หรือ Transgenetic Animal) เพื่อเพิ่มผลผลิต ด้านอาหารให้เพียงพอความต้องการของประชากรโลก และเพื่อการศึกษาค้นคว้าทางด้านวิทยาศาสตร์และการแพทย์
วิธีการทางพันธุวิศวกรรม
ขั้นตอนทางพันธุวิศวกรรมเพื่อทำ GMOs มี 2 ขั้นตอน
1. เจาะจงโดยการค้นหายีนตัวใหม่ที่มีลักษณะตามต้องการ โดยยีนตัวนี้อาจมาจากพืชหรือสัตว์ หรือจุลินทรีย์ก็ได้ไปผ่านกระบวนการปรับแต่ง
2. นำยีนที่ได้ ถ่ายทอดเข้าไปอยู่ในโครโมโซมของเซลล์ใหม่ ซึ่งทำได้หลายวิธี แต่วิธีที่ใช้ในปัจจุบัน มี 2 วิธี คือ
- การใช้จุลินทรีย์เป็นพาหะ โดยเป็นการใช้แบคทีเรียในกลุ่มที่เรียกว่าAgro-bacterium ลำเลียงยีนเข้าไปในเซลล์ใหม่
- การใช้ปืนยีน(Gene Gun) โดยใช้ปืนยิงยีนที่เกาะอยู่บนผิวของอนุภาคของทองให้เข้าไปในโครโมโซมของเซลล์ใหม่ด้วยแรงเฉื่อย ทำให้ DNA หลุดจากผิวของอนุภาคของทองเข้าไปอยู่ในโครโมโซม ส่วนทองจะอยู่ภายในเนื้อเยื่อโดยไม่มีปฏิกิริยาใด ๆ
ไม่ว่าจะโดยวิธีการใดก็ตาม ยีนที่เข้าไปใหม่จะแทรกตัวรวมอยู่กับโครโมโซม จนกลายเป็นส่วนหนึ่งของโครโมโซม การถ่ายทอดยีนเข้าสู่โครโมโซมใหม่นั้นมิได้เป็นการถ่ายทอดเฉพาะยีนที่ต้องการเท่านั้น แต่เป็นการถ่ายทอดชุดของยีนที่เรียกว่า Gene Cassette โดยนักวิทยาศาสตร์นำยีนที่ต้องการนั้น ไปผ่านกระบวนการเสริมแต่ง เพื่อเพิ่มตัวช่วย ได้แก่ ตัวควบคุมการทำงานของยีนให้เริ่มต้นและยุติ และตัวบ่งชี้ปรากฏการณ์ของยีน ซึ่งตัวช่วยทั้งสองเป็นสารพันธุกรรมหรือยีนเช่นกัน ทั้งหมดจะถูกนำมาเชื่อมต่อเข้าด้วยกันเป็นชุดของยีน ก่อนจะนำชุดของยีนนั้นไปฝากไว้กับเชื้ออะโกรแบคทีเรียหรือนำไปเคลือบลงบนผิวอนุภาคของทองอีกทีหนึ่ง
การเพิ่มผลผลิตของสัตว์
ในปัจจุบันเทคโนโลยีต่างๆ ที่เกี่ยวข้องกับการเลี้ยงสัตว์ เช่น การผสมเทียม การถ่ายฝากตัวอ่อน การโคลนนิ่ง ได้มีการพัฒนาไปอย่างมาก ทำให้สามารถเพิ่มผลผลิตทั้งด้านปริมาณและคุณภาพ นอกจากนี้การใช้เทคโนโลยีด้านอื่นๆ มาช่วยเพิ่มผลผลิต ดังนี้
1. การใช้ฮอร์โมนช่วยการขุนวัว เพื่อให้วัวพื้นเมืองเพศเมียมีน้ำหนักเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วในเวลาสั้น ๆ
2. การฉีดวัคซีนเร่งความสมบูรณ์พันธุ์และเร่งอัตราการเจริญเติบโตของกระบือ เพื่อให้กระบือเพศเมียตกลูกตั้งแต่อายุน้อยได้ลูกมาก และเร่งอัตราการเจริญเติบโตเพิ่มผลผลิตเนื้อในกระบือเพศผู้ อย่างไรก็ดีการใช้เทคโนโลยีในบางกรณีก็อาจประสบกับปัญหาหรืออุปสรรคได้ ตัวอย่างเช่น การผสมเทียมปลามีการพัฒนามากขึ้นจนสามารถนำไปใช้กับปลาหลายชนิด เช่น ปลาบึก ปลาสวาย ปลาตะเพียนขาว ปลาดุ ปลานิล เป็นต้น แต่ก็ยังประสบกับปัญหาหรืออุปสรรคในการเลี้ยงปลา ดังนี้
1. การที่ไม่รู้ทั้งหมดว่าปลากินอะไรบ้างในช่วงอายุต่างๆ กัน
2. การขาดแคลนอาหารสำหรับลูกปลาเล็กๆ ที่เพิ่งจะฟักออกจากไข่ ซึ่งปัจจุบันได้มีการ
เพาะเลี้ยงไรแดง เพื่อแก้ปัญหาการขาดแคลนอาหารสำหรับลูกปลาเล็กๆ
3. การผลิตสัตว์ที่มีลักษณะเด่นกว่าเดิม เช่น ปลาสวยงามสีสันแปลกตา แมวที่ไม่ก่อให้เกิดอาการภูมิแพ้
การใช้ประโยชน์จากเทคโนโลยีชีวภาพในด้านต่างๆ
ด้านเกษตรกรรม
ในปัจจุบันมีการปรับปรุงพันธุ์สัตว์โดยการนำสัตว์พันธุ์ดีจากต่างประเทศซึ่งอ่อนแอ ไม่สามารถทนต่อสภาพอากาศของไทยมาผสมพันธุ์กับพันธุ์พื้นเมือง เพื่อให้ได้ลูกผสมที่มีลักษณะดีเหมือนกับพันธุ์ต่างประเทศที่แข็งแรง ทนทานต่อโรคและทนต่อสภาพภูมิอากาศของเมืองไทย และที่สำคัญคือราคาต่ำ เกษตรกรที่มีทุนไม่มากนัก สามารถซื้อไปเลี้ยงได้ ตัวอย่างเช่น การผลิตโค 3 สายเลือด โดยนำโคพันธุ์พื้นเมืองมาผสมพันธุ์กับโคพันธุ์บราห์มันได้ลูกผสม แล้วนำลูกผสมที่ได้นี้ไปผสมพันธุ์กับแม่พันธุ์โคนมหรือโคเนื้ออีกครั้งหนึ่ง จะได้ลูกผสม 3 สายเลือดที่มีลักษณะดีเหมือนพันธุ์ต่างประเทศ แต่ทนทานต่อโรคและทนร้อนได้ดี และมีราคาต่ำ
ด้านอุตสาหกรรม
1. การถ่ายฝากตัวอ่อน ทำให้เพิ่มปริมาณและคุณภาพของโคนมและโคเนื้อ เพื่อนำมาใช้ในอุตสาหกรรมการผลิตเนื้อวัวและน้ำนมวัว
2. การผสมเทียมสัตว์บกและสัตว์น้ำ เพื่อเพิ่มปริมาณและคุณภาพสัตว์บกและสัตว์น้ำ ทำให้เกิดการพัฒนาอุตสาหกรรมการแช่เย็นเนื้อสัตว์และการผลิตอาหารกระป๋อง
3. พันธุวิศวกรรม โดยนำผลิตผลของยีนมาใช้ประโยชน์และผลิตเป็นอุตสาหกรรม เช่น ผลิตยา ผลิตวัคซีน น้ำยาสำหรับตรวจวินิจฉัยโรค ยาต่อต้านเนื้องอก ฮอร์โมนอินซูลินรักษาโรคเบาหวาน ฮอร์โมนเร่งการเจริญเติบโตของคน เป็นต้น
4. ผลิตฮอร์โมนเร่งการเจริญเติบโตของสัตว์ ได้มีการทดลองทำในหมู โดยการนำยีนสร้างฮอร์โมนเร่งการเจริญเติบโตของวัวและของคนมาฉีดเข้าไปในรังไข่ที่เพิ่งผสม พบว่าหมูจะมีการเจริญเติบโตดีกว่าหมูปรกติ
5. ผลิตสัตว์แปลงพันธุ์ให้มีลักษณะโตเร็วเพิ่มผลผลิต หรือมีภูมิต้านทาน เช่น แกะที่ให้น้ำนมเพิ่มขึ้น ไก่ที่ต้านทานไวรัส
ด้านการแพทย์ใช้พันธุวิศวกรรม มีดังต่อไปนี้
1.1 การใช้ยีนบำบัดโรค เช่น การรักษาโรคไขกระดูกที่สร้างโกลบินผิดปรกติ การดูแลรักษาเด็กที่ติดเชื้อง่าย การรักษาผู้ป่วยที่เป็นมะเร็ง เป็นต้น
1.2 การตรวจวินิจฉัยหรือตรวจพาหะจากยีน เพื่อตรวจสอบโรคธาลัสซีมีย โรคโลหิตจาง สภาวะปัญญาอ่อน ยีนที่อาจทำให้เกิดประโรคมะเร็ง เป็นต้น
1.3 การใช้ประโยชน์จากการตรวจลายพิมพ์จากยีนของสิ่งมีชีวิต เช่น การสืบหาตัวผู้ต้องสงสัยในคดีต่าง ๆ การตรวจสอบความเป็นพ่อ-แม่-ลูกกัน การตรวจสอบพันธุ์สัตว์เศรษฐกิจต่าง ๆ
ด้านอาหาร
1. เพิ่มปริมาณเนื้อสัตว์ทั้งสัตว์บกและสัตว์น้ำ สัตว์บก ได้แก่ กระบือ สุกร ส่วนสัตว์น้ำมีทั้งสัตว์น้ำจืดและสัตว์น้ำเค็มจำพวกปลา กุ้ง หอยต่างๆ ซึ่งเนื้อสัตว์เป็นแหล่งสารโปรตีนที่สำคัญมาก
2. เพิ่มผลผลิตจากสัตว์ เช่น น้ำนมวัว ไขเป็ด ไข่ไก่ เป็นต้น
3. เพิ่มผลิตภัณฑ์ที่แปรรูปจากผลผลิตของสัตว์ เช่น เนย นมผง นมเปรี้ยว และโยเกิร์ต เป็นต้น ทำให้เรามีอาหารหลากหลายที่ให้ประโยชน์มากมาย
สิ่งมีชีวิตแปลงพันธุ์เหล่านี้ต่างจากพันธุ์ธรรมดาตรงที่มียีนแปลกปลอมใหม่ ๆ (novel genes) เข้าไปอยู่ในพันธุ์นั้นทำให้มีความกลัวและคำถามตามมาหลายข้อ เช่น
1. เสถียรภาพของยีนว่าจะอยู่คงทนในพันธุ์นั้นนานแค่ใด กี่ชั่วอายุหรือจะหายไปในชั่วลูกชั่วหลาน
2. ยีนที่มาจากจุลินทรีย์ที่ไม่ก่อเกิดโรค มีโอกาสที่จะกลายพันธุ์เป็นยีนก่อเกิดโรคได้หรือไม่
3. ยีนเหล่านี้มีโอกาสหลุดไปสู่พืชพันธุ์อื่น หรือจุจินทรีได้หรือไม่
4. ผลผลิตจะมีพิษภัยต่อสุขภาพคน และสัตว์หรือไม่
5. ปัญหาราคาผลิตผลทรัพย์สินทางปัญญา และอื่น ๆ ยังมีอีกมาก
ที่มา http://genetic.siam2web.com/?cid=1504692
สมัครสมาชิก:
บทความ (Atom)